Nature Plants | 基因组所联合多家单位打破野生稻百万年“基因宝库”封印，助力野生稻跨界利用

水稻养育着全球半数以上人口，而野生稻中蕴藏的“基因宝库”，却因一道天然的生殖屏障长期难以被有效利用。

在漫长的演化历程中，栽培稻与野生稻虽同出一源，却在不同的选择压力下走上了不同的适应之路：栽培稻在人工驯化的推动下，定向特化出了适应农田生境的特性；而以长雄野生稻为代表的野生稻类群，则在野外严苛生境的反复筛选中，“打磨”并保留了发达地下茎（多年生）、卓越抗逆性及高生物量等栽培稻所稀缺的生存策略。这些由环境适应性演化所塑造的遗传变异是应对未来气候挑战的战略储备。然而，天然的生殖隔离屏障使得这些优异基因难以通过常规杂交导入栽培稻，成为制约水稻种质创新的关键“卡脖子”瓶颈。

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）（以下简称基因组所）商连光团队联合云南省农业科学院/云南种子种业联合实验室等国内多家科研团队在《自然·植物（Nature Plants）》杂志上发表了题为"A Distorter-Restorer System Drives Quantitative Reproductive Isolation in Rice"的研究论文。该研究首次克隆和解析了一个全新的四元件遗传系统调控长雄野生稻与亚洲栽培稻种间杂种不育的分子机制，成功解锁多种野生稻“跨界繁殖密码”。丰富了我们对物种生殖隔离的理论认知，为利用野生稻资源培育具有多年生性、耐盐碱、高产优质的水稻新品种开辟了全新路径。

联合团队历经数年利用长雄野生稻与亚洲栽培稻为遗传材料，首次克隆并解析了关键调控长雄野生稻与亚洲栽培稻种间杂种不育的新位点S44 的分子机制。研究发现，S44 位点是一个由 RID（生殖隔离破坏子）、RIR（生殖隔离恢复子）、RIA（生殖隔离激活子）和 RIS（生殖隔离抑制子）组成的四元件遗传系统，它们如同精密协作的 “基因团队”，共同调控杂种雄性不育和配子偏分离现象。其中，RID 会主动触发栽培稻花粉败育，RIR 则选择性保护野生稻配子，RIA 与RIS 则通过激活与抑制的平衡，精细调控这一过程的强度。

图1| S44分子机制模式图

通过CRISPR精准敲除RID，在不影响植株正常生长发育的前提下，系统性突破了S44位点介导的长雄野生稻与短舌野生稻、非洲栽培稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻等不同的AA基因组稻种间杂种不育障碍，使花粉育性和配子偏分离全面恢复。

图2|S44位点四元件系统调控长雄野生稻与亚洲栽培稻种间杂种不育模式图

值得关注的是，该研究揭示了物种可通过单一基因座内的等位基因相互作用，定量调控生殖隔离强度，为理解稻属物种分化与多样性形成提供了全新视角。其中，RIA/RIS 作为首个被鉴定的配子偏分离精细调控因子，进一步丰富了生殖隔离的理论认知。

该发现成功构建起野生稻优异基因跨物种转移的高效“分子纽带”，让优良遗传资源的跨界利用成为可能。长雄野生稻等野生稻资源的耐盐碱、多年生等优良性状，有望通过该技术快速导入栽培稻品种，为培育多年生、耐盐碱、高产优质的水稻新品种提供核心支撑。

该研究不仅破解了困扰育种界利用野生稻资源多年的“卡脖子”难题，更建立了普适性的种间杂交技术体系，为水稻育种注入全新活力。团队将继续深挖野生稻中的优异遗传资源，推动更多野生稻宝藏基因资源转化为育种成果。

该研究由基因组所、云南省农业科学院/云南种子种业联合实验室等单位联合完成，云南省农业科学院张玉研究员、云南省农业科学院杨莺助理研究员、基因组所施传琳副研究员（现江西农业大学研究员）为论文共同第一作者，云南省农业科学院陶大云研究员、基因组所商连光研究员、云南省农业科学院张玉研究员为论文共同通讯作者。中国科学院西双版纳植物园徐鹏研究员、云南大学胡凤益研究员参与了研究工作。崖州湾国家实验室陈凡研究员为本研究提供了重要支持与建设性意见。

该研究得到了国家自然科学基金委重大项目、青年科学基金项目（B类）、云南省科技厅等项目资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02223-w